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拉格朗日函数

发布时间:2023-09-14 01:06:01

拉格朗日函数是在力学系上只有保守力的作用,是描述整个物理系统的动力状态的函数。

拉格朗日函数介绍

拉格朗日函数是在力学系上只有保守力的作用,是描述整个物理系统的动力状态的函数。

拉格朗日函数

拉格朗日函数定义

在分析力学里,一个动力系统的拉格朗日函数,是描述整个物理系统的动力状态的函数,对于一般经典物理系统,通常定义为动能减去势能,以方程表示为

其中,

为拉格朗日量,

为动能,

为势能。

在分析力学里,假设已知一个系统的拉格朗日函数,则可以将拉格朗日量直接代入拉格朗日方程,稍加运算,即可求得此系统的运动方程。

拉格朗日函数概念

拉格朗日量是动能

与势能

的差值:

通常,动能的参数为广义速度

(符号上方的点号表示对于时间

的全导数),而势能的参数为广义坐标

,所以,拉格朗日函数的参数为

。解析一个问题,最先要选择一个合适的广义坐标。然后,计算出其拉格朗日函数。假定这些参数(广义坐标、广义速度)都互相独立,就可以用拉格朗日方程来求得系统的运动方程。

假设一个物理系统的拉格朗日量为

,则此物理系统的运动,以拉格朗日方程表示为

其中,

是时间,

是广义坐标,

是广义速度。

1.拉格朗日函数与作用量的关系

一个物理系统的作用量

是一种泛函,以数学方程定义为

拉格朗日函数

其中,

是系统的拉格朗日量,广义坐标

是时间

的函数,

分别为初始时间和终结时间。

假若,作用量的一次变分

,作用量

为平稳值,则

正确地描述这物理系统的真实演化。从这变分运算,可以推导出拉格朗日方程。

2.拉格朗日函数与能量守恒定律的关系

思考拉格朗日函数对于时间的全导数:

将拉格朗日方程代入,可以得到

定义能量函数

则能量函数与拉格朗日函数有以下含时关系式:

假若拉格朗日量显性地与时间无关,

,则能量函数是个常数:

拉格朗日函数

。称这常数

为这物理系统的能量。因此,这物理系统的能量守恒。

拉格朗日函数分析原理

拉格朗日函数分析力学方面

在分析力学里,一个动力系统的拉格朗日量(英语:Lagrangian),又称为拉格朗日函数,是描述整个物理系统的动力状态的函数,对於一般经典物理系统,通常定义为动能减去势能。

拉格朗日函数力学方面

在力学系上只有保守力的作用,则力学系及其运动条件就完全可以用拉格朗日函数表示出来。这里说的运动条件是指系统所受的主动力和约束。因此,给定了拉氏函数的明显形式就等于给出了一个确定的力学系。拉氏函数是力学系的特性函数。

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